[02-1999] Проблема «колесо — рельс»: Шаблоны для измерения геометрических параметров колес
 

Проблема «колесо — рельс»: Шаблоны для измерения геометрических параметров колес

ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КОЛЕС
За последние годы существенно изменился характер износа колес тягового подвижного состава и вагонов. Если 10—15 лет назад изнашивалась, главным образом, поверхность (или круг) катания, то сейчас больше изнашивается гребень. Это вызвано целым рядом причин, исследованию которых в последнее время уделяется значительное внимание.

Несмотря на определенные достижения в борьбе с износом гребней (рельсосмазывание), актуальным остается вопрос — как оперативно и точно оценить опасный износ гребней колес? Решение этой задачи требует комплексного подхода с привлечением специалистов различного профиля: по колесным парам, по приборостроению, по метрологии и др.
Так, результаты измерительного контроля геометрических параметров гребней колес зависят от ряда факторов:
- состояния поверхности (шероховатость, наличие неровностей, вмятин, степень загрязнения идр.);
- средств измерений, его метрологических характеристик;
- методики выполнения измерений (правил, приемов, алгоритма, обработки, оценки данных измерений);
- условий выполнения измерений;
- квалификации оператора, выполняющего измерения.

В основу нового, более прогрессивного, метода измерений для оценки геометрических параметров гребней колес, разработанного ВНИИЖТом, заложен принцип измерения толщины гребня в сечении на заданном расстоянии от поверхности катания колеса (точки контакта колеса и рельса), применяемый в европейских странах (Чехия, Франция, Польша), а также оценки крутизны наклона гребня — параметра qR, определяющего безопасное прохождение колесом стрелочных переводов в противошерстном движении.

В абсолютном шаблоне, традиционно применяемом на железных дорогах для измерения параметров гребней колес вагонных колесных пар, не учитывается размер скоса в 1 мм на тыльной части гребня колеса. Измерения толщины гребня абсолютным шаблоном при этом выполняют в сечении гребня на расстоянии 18 мм от вершины гребня. Для локомотивного же профиля колеса толщина гребня контролируется на расстоянии 20 мм от вершины гребня.

В эксплуатационной документации по применению нового универсального шаблона определение толщины гребня иное — расстояние, измеренное по горизонтали на высоте 13 мм от круга катания колеса между двумя точками, лежащими по разные стороны от вершины гребня, одна из которых в плоскости внутренней грани обода колеса, другая — на поверхности гребня (в поясе, в котором контролируется боковой износ головки рельса).

В соответствии с техническим заданием на шаблон для контроля параметров зоны (поверхности) катания колес вагонных и локомотивных колесных пар диапазоны измерений следующие:
- высота гребня, мм ... 25 — 40
- толщина гребня, мм ... 20 — 35
- крутизна гребня, мм ... 0 — 13
- предел допускаемой погрешности, мм, не более ... 0,2

На шкале, оценивающей параметр крутизны гребня qR, нанесена дополнительная риска (штрих) с цифровым обозначением допустимого значения, которое на сегодняшний день составляет 6,5 мм.

В отличие от требований технического задания реальный шаблон У1 для измерений колесных пар имеет на вертикальной линейке (контроль высоты гребня) вместо шкалы измерения высоты гребня h шкалу измерения проката П:

Например, высоте гребня 32 мм соответствует прокат размером 4 мм, а высоте 26 мм — прокат минус 2 мм.

Требование о необходимости наличия шкалы измерения высоты гребня реализовано в конструкции шаблона для измерения параметров зоны катания колес локомотивных колесных пар (УТ1).

При использовании универсальных шаблонов У1 и УТ1 уровень измерения толщины гребня удаляется от вершины гребня по мере увеличения проката, тогда как при использовании абсолютного шаблона уровень остается один и тот же (18 мм для вагонных и 20 мм для локомотивных колес). При определенном значении проката, которое составляет 3 мм, уровень или линии измерения толщины гребня абсолютным и универсальным шаблонами совпадают.

Смещение уровня измерений на новом колесе с вагонным гребнем при угле образующей 60° дает изменение результата измерения толщины гребня на 1,73 мм. Следовательно, с учетом смещения шкалы универсального шаблона У1 относительно шкалы абсолютного шаблона на 1 мм при нулевом прокате наблюдается разница их показаний, равная 0,73 мм, или округленно — 0,7 мм.

Конструктивно шаблон типа У1 представляет собой сборный каркас в виде металлических линеек, соединенных между собой под прямым углом, выполненный как комбинированное штанген- циркульное устройство. Согласно РД 50- 98-86, стандартные штангенциркули типа ШЦ-1 с отсчетом по нониусу 0,1 мм для диапазона размеров контролируемого параметра 0 — 50 мм позволяют выполнять измерения с предельной погрешностью 150 мкм. При этом имеется в виду, что измерительное средство соответствует предъявляемым требованиям и используется оператором, имеющим навык в работе с ним. Указанная предельная погрешность измерения получена без учета методической погрешности измерения.

В шаблонах типов У1 и УТ1 нониусами с отсчетом 0,1 мм оснащены рамки линеек для измерения высоты и толщины гребня, что позволяет выполнять измерения в условиях, указанных выше для ШЦ-1, с погрешностью не более 200 мкм.

Отсутствие в шаблонах типа У1 и УТ1 нониуса рамки линейки для измерения параметра крутизны гребня по метрологическим характеристикам ставит ее в ряд с измерительной металлической линейкой с ценой деления 1 мм и предельной погрешностью измерения 500 мкм.

Применение шаблонов У1 в опытной эксплуатации на ряде железных дорог выявило высокий уровень браковки вагонных колесных пар по параметру qR < 6,5 мм, который доходил до 34,9 %. Поэтому специалисты вагонного хозяйства (ВНИИЖТ) прорабатывают альтернативу уменьшения qR до значения 5,5 мм, что на тех же колесных парах дало бы уровень браковки только 13,6 %.

Как видно из этого примера, разность между нормативным и альтернативным значениями параметра qR, т.е. Дди = 6,5 - 5,5 = 1,0 мм, соизмерима с погрешностью измерения (500 мкм). Следовательно, важно отработать методику выполнения измерений указанного параметра, предусматривающую систематическую поправку (запас в большую сторону), чтобы не пропустить в эксплуатацию колесо с параметром qR < 6,5 мм. На наш взгляд, допустимо при измерении параметра qR пользоваться нониусом рамки линейки для измерения толщины гребня, если начала оцифрованных шкал (параметра qR, толщины гребня и нониуса) совпадают. Это позволит более точно контролировать параметр qR с погрешностью не более 0,2 мм.

Как показала практика эксплуатационных испытаний абсолютных и универсальных шаблонов типа У1 при массовых измерениях одинаковых гребней колес, разность значений толщины гребней при нулевом прокате составила около 0,5 мм (в отдельных случаях 1,2 — 1,5 мм). Результат был в сторону увеличения для универсального шаблона.

Зависимость изменения разности показаний А универсального и абсолютного шаблонов от проката П в интервале от 0 до 7 мм носит линейный характер: А = 0,34(П — 1,6) мм.

Измерение проката П одних и тех же колес универсальным и абсолютным шаблонами должны давать близкие значения вследствие идентичности методов. И это в большинстве случаев наблюдалось.

Однако в ряде случаев при прокатах от 0 до 5 мм получалась разница в результатах измерений в 0,5 мм и более, не имеющая систематического характера. Одной из причин такой разницы (разброса) является плохая фиксация шаблонов на гребне в радиальном направлении. В случае шаблона У1 это вызвано конструктивными особенностями и умением оператора: шаблон требует навыков в работе, аккуратного (без завалов) базирования на гребне колеса.

В отличие от шаблона типа У1, для измерения геометрических параметров зоны катания колесных пар тягового подвижного состава разработан и выпускается шаблон типа УТ1 (см. рисунок). В этом шаблоне для большей устойчивости на гребне колеса используется широкая цилиндрическая опора, а пластина рукоятки, прикладываемая к внутренней грани обода колеса, расширена и снабжена специальным магнитом. В результате показания универсального и абсолютного шаблонов при измерении проката стали более стабильными: в 90 % всех случаев разница показаний не превышала 0,5 мм.
Из расчетов следует, что при нулевом прокате разница показаний толщины гребней новых колес ТПС, полученных с помощью шаблонов УТ1 и абсолютного составляет для совмещенного и локомотивного профилей 1,40 и 1,09 мм соответственно. При испытаниях таких шаблонов в реальных условиях среднестатистическая разность показаний при нулевом прокате составила 1,3 мм при отдельных отклонениях от 1,1 до 2 мм.

В результате испытаний шаблонов У1 и УТ1 изучены их метрологические и технические характеристики в реальном масштабе времени. Входной контроль, выполняемый метрологическими службами дорог, установил, что бывают поступления с завода-изготовителя (АО ЧЗИП) шаблонов с отклонениями от технологических требований. К ним относятся: некачественное изготовление (термообработка) пружин измерительных рамок, несовпадение начала шкал нониусов и линеек, ненастроенность шаблонов по установочной мере (контрольному шаблону), туго движущиеся части, отсутствие стопорных винтов и др.

Другой категорией отклонений являются недостатки, вызванные нарушением требований к содержанию шаблонов при их использовании в депо. Это приводит к изгибу опоры шаблона на круг катания колеса, выпадению и ослаблению штифтов крепления опоры к горизонтальной линейке шаблона, изгибу стопорных винтов рамок вследствие ударов при падении шаблона (небрежное обращение с измерительным инструментом) и др. Частичное отслоение эпоксидного слоя на магните пластины рукоятки происходит, чаще всего, вследствие использования шаблона не по назначению — для очистки внутренней грани колеса от грязи и смазки перед измерениями. Очевидно, что использование шаблона для этих целей недопустимо.

Анализ всех факторов, связанных с надежностью технических и метрологических характеристик шаблонов У1 и УТ1 позволяет сделать вывод, что интервал между периодическими калибровками этих шаблонов не должен превышать 0,5 года.

Следует отметить, что дороги получили партии новых шаблонов У1 и УТ1. Однако их широкое внедрение сдерживается тем, что не закончена разработка и согласование в соответствующих департаментах изменений в действующую нормативную документацию (ПТЭ, инструкции по колесным парам и др.).

Эту работу следует ускорить, учитывая, что при длительном хранении шаблоны морально и физически стареют, предприятия несут потери.

Заводу-изготовителю шаблонов необходимо повысить технологическую и метрологическую дисциплину и учесть недостатки конструкции, выявленные при эксплуатационных испытаниях шаблонов (усилить опору и ее крепление к горизонтальной линейке, повысить качество термообработки пружин и рабочих поверхностей линеек).

В настоящее время завод-изготовитель направил на согласование в МПС и ВНИИЖТ предложение по усилению крепления опоры и другие улучшения конструкции шаблона УТ1. Следует также решить вопрос о проведении сертификационных испытаний названных шаблонов.

Необходимо продолжать исследования по испытаниям и разработке новых шаблонов для измерения параметров гребней ТПС.

Тема перенесена
 

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Локомотив".

Перенес: Admin